题目

题型：不详难度：来源：

（11分）丁烷在一定条件下裂解可按两种方式进行：
C₄H₁₀C₂H₆+C₂H₄，    C₄H₁₀ CH₄+C₃H₆。
下图是某化学兴趣小组进行丁烷裂解的实验流程。(注：CuO能将烃氧化成CO₂和H₂O，G后面装置与答题无关，省略)

按上图连好装置后，需进行的实验操作有：①给D、 G装置加热；②检查整套装置的气密性；③排出装置中的空气等
⑴这三步操作的先后顺序依次是____             _____。
⑵氧化铝的作用是___    _           ，
写出甲烷与氧化铜反应的化学方程式            ；             
⑶B装置所起的作用是____________          ______。
⑷若对E装置中的混合物(溴水足量)，再按以下流程实验：

①操作I、操作II分别是            、           ；
②已知D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式           ；           
③Na₂SO₃溶液的作用是            ；                        
(5)假定丁烷完全裂解，当(E+F)装置的总质量比反应前增加了0.7 g， G装置的质量减少了1.76 g，则丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比n (CH₄) : n (C₂H₆) =______(假定流经D、G装置中的气体能完全反应)

答案

(11分)（1）②、③、①  (1分)
（2）催化剂(1分)、CH₄+4CuO→CO₂+2H₂O+4Cu(2分)
（3）观察、控制丁烷气体的流速(1分)
（4）①分液、蒸馏(各1分,共2分) ② OHC-CHO (1分)③除去有机物中溶解的Br₂(1分)
（5）1:1(2分)

解析

（1）首先必须检验装置的气密性；为了防止烃与氧气发生爆炸，故在加热前需要排除系统内的空气，所以此三步操作的顺序为：②③①
（2）氧化铝烃的裂解反应中起催化剂作用
（3）通过观察B装置中气泡的快慢来控制通入的丁烷的速率
甲烷与CuO的反应中CuO被还原为铜单质，通过原子守恒可配平反应：CH₄+4CuO→CO₂+2H₂O+4Cu
（4）裂解产物乙烯、丙烯与溴发生加成反应：
CH₂=CH₂+Br₂→CH₂Br—CH₂Br、CH₂=CHCH₃+Br₂→CH₂Br—CHBrCH₃
向混合物加入Na₂SO₃溶液除去过量的溴：Br₂＋Na₂SO₃＋H₂O=Na₂SO₄＋2HBr，混合液分为有机层与水层；分液后有机层的主要成分为：CH₂Br—CH₂Br、CH₂Br—CHBrCH₃；依据两物质沸点的不同，蒸馏分开，分别碱性条件下水解、催化氧化；
CH₂Br—CH₂Br→CH₂OH—CH₂OH→OHC-CHO
CH₂Br—CHBrCH₃→CH₂OH—CH（OH）CH₃→OHC—CO—CH₃
依题意，D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式OHC-CHO
（5）设丁烷裂解产物中含有xmol甲烷、丙烯，ymol乙烷、乙烯
C₄H₁₀C₂H₆+C₂H₄，    C₄H₁₀ CH₄+C₃H₆
CH₄+4CuO→CO₂+2H₂O+4Cu    C₂H₆+7CuO→2CO₂+3H₂O+7Cu
(E+F)装置增加的质量是其中烯烃的质量：42x+28y=0.7
G装置减少的质量是CuO失去氧的质量：64x+112y=1.76
解得x=y=0.01mol
故丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比n (CH₄) : n (C₂H₆) =1：1